利用封裝天線技術(shù)簡化60GHz汽車車內(nèi)雷達傳感器設(shè)計

毫米波雷達為汽車和工業(yè)應(yīng)用提供了一種主要的感應(yīng)方式，即使在惡劣的環(huán)境條件下，它也能夠遠距離、以出色的角度和速度精度檢測距離為幾厘米至幾百米的物體。

典型的雷達傳感器包含一個雷達芯片組以及其他電子元件，例如電源管理電路、閃存和接口外設(shè)，所有這些都裝配在一個印刷電路板(PCB)上。發(fā)送天線和接收天線通常也在PCB上實現(xiàn)，但要提高天線性能，則需要使用高頻基板材料（例如Rogers RO3003），而這會增加PCB的成本和復(fù)雜性。此外，天線可能會占用多達30%的布板空間（圖1）。

圖1：PCB上的雷達傳感器天線占用約30%的布板空間

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封裝天線技術(shù)

可以設(shè)計天線元件直接集成到封裝基板中的毫米波傳感器，從而減小傳感器的尺寸并降低傳感器設(shè)計的復(fù)雜性。圖2展示了一種背腔式E形貼片天線元件，該元件將60GHz或77GHz的毫米波輻射到自由空間中。通過在器件的封裝中布置多個上述天線元件，可以創(chuàng)建一個多輸入多輸出(MIMO)陣列，該陣列能夠感應(yīng)三維空間中的物體和人。

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圖2：背腔式E形貼片天線元件

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圖3顯示了AWR6843AOP器件上三個發(fā)射器天線元件和四個接收器天線元件的布置情況。該天線可以在方位角和仰角方向上實現(xiàn)寬視野。

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圖3：具有封裝天線元件的AWR6843AOP器件形成MIMO陣列

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下表顯示了天線陣列的主要規(guī)格。

表1：天線元件性能數(shù)據(jù)

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封裝天線技術(shù)可以為開發(fā)人員帶來以下優(yōu)勢：

·較小的尺寸，可實現(xiàn)超小型傳感器設(shè)計。采用TI封裝天線技術(shù)的雷達傳感器比在PCB上裝配天線的傳感器尺寸小約30%。

·由于PCB層疊不需要昂貴的高頻基板材料（例如Rogers RO3003），因此可以降低物料清單成本。

·由于不再需要天線工程師設(shè)計天線、通過工具仿真性能和設(shè)計實際電路板來表征不同參數(shù)的性能，因此可以降低設(shè)計成本。

·由于從硅片到天線的布線更短，因此可以提高效率和降低功率損耗。

對于MIMO系統(tǒng)而言，在小型且經(jīng)濟高效的封裝解決方案中實現(xiàn)高性能天線非常具有挑戰(zhàn)性。現(xiàn)有的解決方案是在塑封的頂部或底部布置天線元件；輻射信號穿過這種塑封材料時會產(chǎn)生損耗，從而降低效率并觸發(fā)產(chǎn)生雜散輻射的基板模式。另一方面，利用倒裝芯片封裝技術(shù)，可以將天線放置在無塑封的基板上。此外，天線和硅片可以在多層基板上重疊，從而使解決方案更加緊湊。

封裝天線技術(shù)如何幫助實現(xiàn)車內(nèi)感應(yīng)

隨著歐洲新車安全評鑒協(xié)會等全球監(jiān)管機構(gòu)致力于解決兒童因遺留在車內(nèi)而中暑身亡的問題，汽車制造商和一級制造商開始使用60GHz毫米波傳感器，用于準(zhǔn)確檢測車內(nèi)、甚至處于惡劣環(huán)境條件下的兒童和寵物。

鑒于車輛的內(nèi)部設(shè)計迥異，為了實現(xiàn)無縫集成，傳感器的外形尺寸必須非常小。例如，可能很難將傳感器集成到具有全景天窗的車頂中；相反，必須將其集成在空間受限的位置，例如后視鏡周圍的頂部控制臺或柱子上。

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圖4：傳感器中PCB板載天線與封裝天線的對比

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傳感器上的單貼片寬視野天線非常適于放置在車輛的頂篷內(nèi)襯下方，甚至是柱的正面位置。該天線支持各種車內(nèi)感應(yīng)用例，例如對車內(nèi)兩排座椅（包括擱腳空間）之間的兒童、寵物或乘客進行檢測和定位。該傳感器以低功耗模式運行，還可以在惡劣的環(huán)境條件下進行入侵檢測。

開發(fā)人員還能夠從集成式數(shù)字信號處理器(DSP)、微控制器單元(MCU)、雷達硬件加速器和片上存儲器中受益。通過將射頻、數(shù)字和天線元件集成在單個芯片上，可以顯著降低設(shè)計復(fù)雜性，有助于更快、更簡單地進行設(shè)計。

使用60GHz封裝天線毫米波傳感器的車內(nèi)兒童和乘員檢測參考設(shè)計可提供對車內(nèi)任何座椅位置兒童和成人的檢測結(jié)果。該傳感器放置于車頂位置。下方的圖5、6和7展示了相關(guān)結(jié)果。觀看視頻了解更多詳情。

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圖5：檢測汽車后排座椅上的兒童（使用洋娃娃模擬正在呼吸的嬰兒）（視頻）

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圖6：檢測并定位四個乘員：駕駛員、乘客以及位于后排座椅上的一名成人和一名兒童（視頻）

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圖7：檢測車輛附近的入侵者（視頻）

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封裝天線技術(shù)可幫助雷達傳感器設(shè)計人員創(chuàng)建和設(shè)計外形尺寸超小的傳感器，不僅減少了工作量、縮短了上市時間，同時還實現(xiàn)了系統(tǒng)級成本優(yōu)勢。通過實現(xiàn)車內(nèi)兒童檢測、安全帶提醒裝置、駕駛員生命體征檢測和手勢控制等多種應(yīng)用，TI的60GHz AWR6843AOP傳感器可簡化車內(nèi)感應(yīng)。

其他資源

·訪問AWR6843AOP產(chǎn)品文件夾以獲取數(shù)據(jù)表，并觀看視頻。

·閱讀參考設(shè)計文檔，了解有關(guān)車內(nèi)兒童和乘員檢測測試的更多信息（包括算法和處理鏈）。

·購買AWR6843AOPEVM評估套件并測試參考軟件。

關(guān)于德州儀器(TI)

德州儀器（TI）（納斯達克股票代碼：TXN）是一家全球性的半導(dǎo)體公司，致力于設(shè)計、制造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業(yè)、汽車、個人電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和企業(yè)系統(tǒng)等市場。我們致力于通過半導(dǎo)體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟實用，創(chuàng)造一個更美好的世界。如今，每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上，使我們的技術(shù)變得更小巧、更快速、更可靠、更實惠，從而實現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這就是工程的進步。這正是我們數(shù)十年來乃至現(xiàn)在一直在做的事。欲了解更多信息，請訪問公司網(wǎng)站www.ti.com.cn。

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